1、絲網印花機系統設計1 前言1.1 選題的依據及意義：紡織品印花技術的發展進程古老綿長，在人類的第一個千年中，的祖先在織物印花技藝的發展上作出了卓越的貢獻，現今常見的各種印花工藝如直接印花，防染印花以及軋染、蠟染工藝的發源地都。近年來，我國印染業得到了前所未有的發展。印花機械產業依托大行業的大好形勢和自身產業不斷整合、改造、技術進步，產業整體水平得到快速。也正是在這種環境下，各種先進的自動印花設備應運而生，并在紡織，制鞋，印刷等印染行業扮演著越來越重要的角色。由于其自動化程度高、控制簡便、結構簡單、價格低廉的優點使得其在家庭企業，中小企業、民營甚至輕工業領域都有很高的使用度。其重要性不言而喻，對

2、其進行研究和開發具有很大的市場空間和實用價值。1.2 國內外研究概況及發展趨勢：近兩年來，國內外印染新工藝、新技術、新設備不斷涌現，顯示出全球印染機械行業蓬勃發展的勢頭。節能、環保、高效是 21 世紀印染工業可持續發展的方向，短流程以及無水加工技術、無制版印花技術、低溫等離子處理等新技術和自動化技術是未來印染機械的發展趨勢。自 CITME2002 以來，我國印染業得到了前所未有的發展。規模以上企業已達 1370 家，產量從 1995 年 13648 億米增加至 2003 年 25132 億米，約占全球印染布總量 30；印染主要六大類產品出口 7578 億米，同比增長 3530。印花產業依托大行

3、業的大好形勢和自身產業不斷整合、改造、技術進步，產業整體水平得到快速，產量、質量、花色品種、產品結構均取得了令人矚目的成績。據 2003年統計，我國擁有各種印花設備 2000，其中輥筒印花機 145174 臺，圓網印花機 610630 臺，平網印花機 1377 臺。除輥筒印花機外，70圓、平網來自荷蘭、奧地利、意大利、德國、黃石紡機、浙江印機等廠家。等先進國家和國內印染機械制造佼佼者如上印機、目前印染設備技術發展總的趨勢是：向環境保護、節能降耗、省時高效、短流程方面發展，重視無水加工技術、無制版印花技術、低溫等離子處理等新技術；另一重要趨勢是廣泛采用自動化技術，傳動系統采用交流變頻多單元同步調

4、速系統；在控制系統方面，廣泛應用可編程控制器(PLC)或工業計算機控制(IPC)，參數普遍應用，了染整設備的自動化程度，使工藝穩定性、重現性得以大幅度提高。1.3 PLC 控制系統的發展概況：1.3.1 國外 PLC 發展概況PLC 自問世以來，經過 40 多年的發展，在美、德、日等工業發達國家已成為重要的產業之一。世界總銷售額不斷上升、生產廠家不斷涌現、品種不斷翻新。產量產值大幅度上升而價格則不斷下降。目前，世界上有 200 多個廠家生產 PLC，較有名的：AB 通用電氣、公司；：三菱、富士、歐姆龍、松下電工等；德國：西門子公司；法國：TE 施耐德公司；韓國：三星、LG 公司等。1.3.2

5、技術發展1. 產品規模向大、小兩個方向發展。大：I/O 點數達 14336 點、32 位為微處理器、多 CPU 并行工作、大容量器、掃描速度高速化。?。河烧w結構向小型模塊化結構發展，增加了配置的靈活性，降低了成本。PLC 在閉環過程控制中應用日益廣泛。不斷加強通訊功能。新器件和模塊不斷推出高檔的 PLC 除了主要采用 CPU 以提高處理速度外，還有帶處理器的 EPROM 或 RAM2.3.4.的智能 I/O 模塊、高速計數模塊、I/O 模塊等化模塊。5.編程工具豐富多樣，功能不斷提高，編程語言趨向標準化有各種簡單或復雜的編程器及編程語言，亦有高檔的 PLC 指令系統。發展容錯技術，采用梯形圖

6、、功能圖、語句表等編程6.采用熱備用或并行工作、多數表決的工作方式。追求軟硬件的標準化。7.1.3.3 國內發展及應用概況我國的 PLC 產品的研制和生產經歷了三個階段：順序控制器（19731979）一位處理器為主的工業控制器（19791985）8 位微處理器為主的可編程序控制器（1985 以后）。在對外開放政策的推動下，國外 PLC 產品大量進入我國市場，一部分隨成套設備進口。如寶鋼一、二期工程就引進了 500 多套，還有咸陽顯象管廠、秦皇島煤碼頭、汽車廠等。現在，PLC 在國內的各行各業也有了極大的應用，技術含量也越來越高。1.4.設計要求及工作內容：本課題主要包含自動印花設備的機械結構設

7、計和 PLC 控制系統設計兩個部分。1. 本自動印花設備由可轉位的工作臺，可上下、左右移動的印花機構，和可左右移動的推網機構組成。通過各機構的協調動作，實現自動印花過程。2. 設計工作臺的機械結構。設計印花機構和推網機構的機械結構。設計控制系統的電路，實現工作臺和印花機構的邏輯動作。在自動印花設備結構設計時，采用了外槽輪機構帶動工作臺旋轉，并在印花機構和推網機構中采用螺旋機構進行傳動。最后成形時所包含的主要是底座、槽輪、銷子、螺桿、螺母、導軌、軸、工作臺等。需要對一些重要進行強度校驗。在設計 PLC 控制系統時分為電路原理的設計，PLC 流程圖和外部接線圖，以及梯形圖和程序的設計等。1.5目標

8、、主要特色及工作進度1.目標設計一套由電驅動，PLC 控制，使用控制算法的自動印花設備。2.主要特色本自動印花設備由可轉位的工作臺，可上下、左右移動的印花機構，和可左右移動的推網機構組成。通過各機構的協調動作和控制系統的電路實現工作臺和印花機構的邏輯動作，實現自動印花過程。自動化程度高、結構簡單、控制方便，具有很高的實用價值和市場空間。3.工作進度1.搜料寫開題，英文翻譯。第 1 周第 2 周設計自動印花設備的機械結構，并繪制零件圖和裝配圖。設計控制系統的電路圖。編寫相關控制算法。第 3 周第 8 周第 9 周第 11 周第 12 周第 14 周5.撰寫。第 15 周第 16 周第 17 周6

9、 答辯準備及畢業答辯2.整體機械結構與旋轉工作臺的設計自動印花設備系統由四部分組成：1.2.3.4.旋轉工作臺推網工作臺磙子工作臺 PLC 控制系統所設計的自動印花設備系統的主要參數是根據使用者對設備的要求和所要加工的毛料確定的。毛料的要求：297mm210mm。效率要高：可以連續不間斷的加工產品。使用舒適度：一個人可以坐在椅子上長時間工作。成本要低、實用性高、適合大批量生產。自動印花設備的控制系統有單片機和 PLC 兩種控制方式，考慮到實用性、使用效率、普及性、性價比等，最終選用了技術比較成PLC 控制系統。2.1 整體系統結構分析為了滿足使用舒適度，可以讓工作者坐在椅子上長時間工作的要求，

10、同時兼顧成本。把整體機器的工作界面高度定在 850mm。配合調整椅子的高度，這個高度會讓工作者加工起來既方便又舒適，可以使工作者在長時間工作環境下仍感到十分舒適，使工作效率和產品質量不下降。整個設備機構分為三大部分。按照圖 2-1 進行布局。由于本設備體積，重量都不大。所以各設備受力并不大。各部分用鐵架作支撐。都采用地角螺栓與地面連接，見圖 2-2。所以要注意聯結處地面的水平與整潔。為了滿足工作臺可轉位且可以連續不間斷加工產品的要求，采用了槽輪傳構?？紤]到所需要的槽輪轉速很低，所以需要外購一個器。同時由于精度要求不高，所以省略了鎖止弧。在實現印花機構可以上下、左右移動和推網機構可左右移動時。選

11、擇了簡便實用的螺旋傳構。其中為了實現印花機同時在二左右、上下運動。我們選用將兩個螺旋傳動裝置的螺母聯結起來。上下方向絲杠旋轉，螺母上下傳動。相互嚙合，既分擔了絲杠的徑向力。又起到了導軌的作用，見圖 2-3。2.2.旋轉工作臺的分析2.2.1 旋轉工作臺簡介旋轉工作臺是自動印花機中一個重要的工作界面。通過旋轉實現自動連續加工。其主要有槽輪機構，心軸，軸承，底座，變速箱和電等。其中槽輪是最重要的一個部機構。工作臺在它的帶動下做間歇旋轉。心軸在機構中不旋轉，只承受彎矩，起支撐固定作用。下部用螺釘夾緊限位。臺面和殼體聯為一體。通過軸承驚醒旋轉。最底部加裝了一個推力軸承，用來承擔較大的軸向力。電通過變速

12、器達到所需的速度。整個設備用地角螺栓固定，保持較高的水平度。旋轉工作臺示意圖見圖 2-4。槽輪是旋轉工作臺中最重要的一個機構。由于2.5r/min，所以省略了撥盤上的鎖止弧。要求的轉速很低，只有1. 槽輪機構的及工作原理和型式槽輪機構又稱他機構，如圖 2-5 所示。它是由槽輪 2、帶有圓柱銷的撥盤 1 和機架組成。當撥盤 1 作勻速轉動時，驅使槽輪 2 作間歇運動。當圓柱銷進入槽輪槽時，撥盤上的圓柱銷將帶動槽輪轉動。撥盤轉過一定角度后，圓柱銷將從槽中退出。為了保證圓柱銷下一次能正確地進入槽內，必須采用鎖止弧將槽輪鎖住不動，直到下一個圓柱銷進入槽后才放開，這時槽輪又可隨撥盤一起轉動，即進入下一個

13、圖 2-5 槽輪機構示意圖1。運動循環2. 槽輪的特點：1）.構造簡單，外形尺寸?。?）.機械效率高，并能較平穩地，間歇地進行轉位；3）.但因傳動時存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。3. 槽輪機構的幾何尺寸計算：圓銷回轉半徑：鎖住弧張開角：求很低，所以軸承通過不斷保養可以使延長很多。軸頸直徑 d =55mm，轉速 n=0.625r/min，徑向載荷 Fr = 2000N，軸向載荷 Fa =900N，要求工作溫度t 100。根據給定的條件試選軸承 6211 型軸承。1）查表：額定動載荷 C =33.35KN，額定靜載荷 Co =25.02KN，Lh 24000h,由許用擠應力查表得:抗彎截

14、面系 W=外螺紋中徑：因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力 p，使其小于材料的許用壓力p。如圖 3-3 所示，作用于螺桿的軸向力為Q（N），螺紋的承壓面積（指螺紋工作表面投影到垂直于軸向力的平面上的面積）為A（mm2），螺紋中徑為3螺母螺紋牙的強度計算螺紋牙多發生剪切和擠壓破壞，一般螺母的材料強度低于螺桿，故只需校核螺母螺紋牙的強度。如圖 3-4 所示，如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑 D 處展開，則可看作寬度為 D 的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為 Q/u，并作用在以螺紋中徑D2 為直徑的圓周上。螺紋牙截面aa 的剪切強度條件為（3-3）螺紋牙截面aa 的彎曲強

15、度條件為：（3-4）圖 3-4螺母螺紋圈的受力式中：b螺紋牙根部的厚度，為 mm,對于梯形螺紋，b=0.65P,P 為螺紋螺距；l彎曲力臂,為 mm，（參見圖 9l=(D-D2)/2）；螺母材料的許用切應力, b螺母材料的許用彎曲應力，查表得：許用應力為 MPa；為 MPa；(1)所需傳遞轉矩的大小和性質，對緩沖、減振功能的要求以及是否可能發生共振等。(2)由制造和裝配誤差、軸受載和熱膨脹變形以及軸軸線的相對位移程度。之間的相對運動等引起兩(3)許用的外形尺寸和安裝方法，為了便于裝配、調整和維修所必需的操作空間。對于大型的聯軸器，應能在軸不需作軸向移動的條件下實現裝拆。此外，還應考慮工作環境、

16、使用以及潤滑和密封和經濟性等條件，再參考各類聯軸器特性，選擇一種合用的聯軸器類型。2. 聯軸器的簡單計算在兩個工作臺中載荷計算：都選擇了對中榫凸緣聯軸器公稱轉矩：圖3-5圖 3-63.3.3 導軌的選擇在螺旋傳動中為了保持傳遞的精確和平穩，加裝了圓柱直線導軌。固定在螺桿的兩端，保持螺母的垂直上下滑動，避免產成轉動、搖擺。導軌為外購零件，具體安裝如下圖 3-7：4.自動印花設備的控制系統自動印花設備的控制系統可以選擇單片機和 PLC 兩種控制方式，考慮到實用性、使用效率、普及性和性價比等，最終選用了技術比較成PLC 控制系統。PLC可編程控制器（Programmable Controller）是

17、以微處理機為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術等現代科技而發展起來的一種新型工業自動控制裝置，是將計算機技術應用于工業控制領域的新產品。早期的可編程控制器主來代替繼電器實現邏輯控制，因此稱為可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller），簡稱 PLC，隨著技術的發展，現代可編程控制器的功能已經超過了邏輯控制的范圍。PLC 從誕生至今，僅有 30 年的歷史，但是得到了異常迅猛的發展，并與 CAD/CAM、機器人技術一起被譽為工業自動化的三大支柱之一。44.1 可編程控制系統的基本結構圖 4-1 PLC 控制系統的基本結構1、處理單元(CPU)處理單元(

18、CPU)是PLC 的控制中樞。它按照PLC 系統程序賦予的功能接收并從編程器鍵入的用戶程序和數據；檢查電源、器、I/O 以及警戒定時器的狀態，并能用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現場各輸入裝置的狀態和數據，并分別存入 I/O 映象區，然后從用戶程序器中逐條用戶程序，經過命令解釋后按指令的規定執行邏輯或算數運算的結果送入 I/O 映象區或數據寄存器內。等所有的用戶程序執行完畢之后，最后將 I/O 映象區的各輸出狀態或輸出寄存器內的數據傳送到相應的輸出裝置，如此循環運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采CPU冗余系統，或

19、采用三 CPU 的表決式系統。這樣，即使某個 CPU 出現故障，整個系統仍能正常運行。2、器存放系統器。的器稱為系統程序器。存放應用的器稱為用戶程序PLC 常用的器類型（1）RAM （Random AssessMemory）器)，其存取速度最快，由鋰電池支持。這是一種讀/寫器(隨機（2）EPROM（Erasable Programmable Read Only Memory）這是一種可擦除的只讀器。在斷電情況下，器內的所有內容保持不變。(在紫外線連續照射下可擦除器內容)。（3）EEPROM(Electrical Erasable Programmable Read Only Memory)這是

20、一種電可擦除的只讀器。使用編程器就能很容易地對其所的內容進行修改。PLC空間的分配雖然各種 PLC 的 CPU 的最大尋址空間各不相同，但是根據 PLC 的工作原理，空間一般包括以下三個區域：其（1）系統程序區系統 RAM用戶程序系統程序區（包括 I/O 映象區和系統軟設備等）區區：在系統程序區中存放著相當于計算機操作系統的系統程序。包括程序、管理程序、命令解釋程序、功能子程序、系統子程序等。由制造廠商將其在 EPROM 中，用戶不能直接存取。它和硬件一起決定了該 PLC的性能。系統 RAM區：系統 RAM區包括 I/O 映象區以及各類軟設備，如：邏輯線圈；數據寄存器；計時器；計數器；變址寄存

21、器；累加器等器。（1）I/O 映象區：由于 PLC 投入運行后，只是在輸入采樣階段才依次讀入各輸入狀態和數據，在輸出刷新階段才將輸出的狀態和數據送至相應的外設。因此，它需要一定數量的單元(RAM)以存放 I/O 的狀態和數據，這些單元稱作 I/O 映象區。一個開關量 I/O 占用單元中的一個位（bit），一個模擬量 I/O 占用單元中的一個字（16 個 bit）。因此整個 I/O 映象區可看作兩個部分組成：開關量 I/O 映象區；模擬量 I/O 映象區。（2）系統軟設備區除了I/O 映象區區以外，系統RAM區還包括PLC各類軟設備（邏輯線區又分為具有失圈、計時器、計數器、數據寄存器和累加器等）

22、的區。該電保持的區域和無失電保持的區域，前者在 PLC 斷電時，由的鋰電池供電，數據不會遺失；后者當 PLC 斷電時，數據被清零。1）邏輯線圈與開關輸出一樣，每個邏輯線圈占用系統 RAM區中的一個位，但不能直接驅動外設，只供用戶在編程中使用，其作用類似于電器控制線路中的繼電器。另外，不同的 PLC 還提供數量不等的特殊邏輯線圈，具有不同的功能。2）數據寄存器與模擬量 I/O 一樣，每個數據寄存器占用系統 RAM區中的一個字(16bits)。另外，PLC 還提供數量不等的特殊數據寄存器，具有不同的功能。3）計時器4）計數器用戶程序用戶程序區區存放用戶編制的用戶程序。不同類型的 PLC，其容量各不

23、相同。3、電源PLC 的電源在整個系統中起著十分重要得作用。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網上去。54.2 自動印花設備的控制要求及印花工藝實現自動印花的生產過程要經過放料推網印花收網烘干取料的循環工序。操作將規定大小的皮革等放到旋轉工作臺上，然后按下啟動按鈕，主電不間斷運行，工作臺在槽輪的帶動下做每次 90的旋轉。在槽輪的每一個槽的底部裝有啟動開關 SB1（見圖 4-2），這樣可以連續加工，大大提高了工作效率。當銷子壓下啟動開關，啟動

24、 PLC 控制系統。在通過對三個三相異步電的順序啟動、正反轉和延時的控制完成印花的過程。然后通過工作臺的旋轉完成烘干、卸料、再次放料。自動印花設備的 PLC 流程功能圖見圖 4-3。圖 4-2SB1 位置示意圖（其它類同）圖 4-4 主電電路圖4.3.2 主電的控制主電用來控制旋轉工作臺，需要不間斷的工作。每次工作前需要人工通過電調整槽輪的位置，使銷子位于 SB1 所在槽的處。這就需要控制電路還要具有正反轉，點動及連續控制。圖 19 所示的電路圖是三相異步電單向全壓啟動控制線路。它是一個常用的最簡單的控制線路。由刀開關 QS、熔斷器 FU1、接觸器 KM 的主觸頭、熱繼電器 FR的熱元件與電M

25、 等主電路。由一系列的按鈕，接觸器及其常開輔助觸頭、熱繼電器的常閉觸頭和熔斷器等控制回路。1. 線路工作原理起動時，合上 QS，引入三相電源。按下 SB2,交流接觸器 KM 的吸引線圈通電，接觸器主觸頭閉合，電接通電源直接啟動運轉。要使電M 停止運轉，只要按下停止按鈕 SB1，將控制電路斷開即可.當需要點動時將開關 SA 打開，操作 SB2 即可實現點動控制。當需要連續工作時合上 SA，將自鎖觸頭接入，即可實現連續控制。當需要正反轉時控制操作時，必須首先按下停止按鈕 SB1，然后再反向啟動。是“正停反”控制線路。2電路的保護環節1）.熔斷器 FU 作為電路短保護，但達不到過載保護的目的。2）.

26、熱繼電器 FR 具有過載保護作用。3）.欠電壓保護與失電保護依靠接觸器本身的電磁機構來實現。控制線路有如下三個方面的優點：第一，防止電壓嚴重下降時電低壓運行。第二，避免電同時啟動而造成的電壓嚴重下降。第三，防止電源電壓恢復時，電突然啟動運轉造成設備和人身事故。54.3.3 輸入、輸出地址分配，PLC 外部接線圖和限位開關的位置PLC 的輸入、輸出點（I/O）分配見表 4-1 和表 4-2。PLC 外部接線圖見圖 4-6。表 4-1輸入地址分配表表 4-2 輸出地址分配表執行元件輸出端子號控制推網電正轉的 KM1Y0控制推網電反轉的 KM2Y1控制磙子電下降（正轉）的 KM3Y2控制磙子電上升（

27、反轉）的 KM4Y3控制磙子電向左（正轉）的 KM5Y4輸入元件輸入端子號啟動按鈕 SB1X0限位開關 SQ1X1限位開關 SQ2X2限位開關 SQ3X3限位開關 SQ4X4限位開關 SQ5X5限位開關 SQ6X6控制磙子電向右（反轉）的 KM6Y5FXGP-WIN-C,在個人計算機上編程。采用三菱公司為 FX 系列 PLC 提供的步進梯形指令（STL 和 RET 指令）可以很方便、容易的設計出梯形圖，見圖 4-7。這種編程方式在轉換實現時，對前級步的狀態寄存器和由它驅動的輸出繼電器的復位是由系統程序完成的，而不是由用戶程序在梯形圖中完成的。因此，設計的梯形圖程序比較短，執行速度較快。設計完成梯形圖后，先在電腦上進行查錯和模擬運行，無誤后寫入PLC 的 RAM 中，具體參考程序如下：6實現下降停止，磙子工作臺開始前進。5）當磙子碰到限位開關 SQ3，端口 X3 接通，Y5 線圈接通，上一個電開始反轉，磙子瞬間脫離 SQ3，X3 馬上斷開，Y5 端口常開變常閉，Y5 繼續通電，實現自保持磙子繼續后退。6）當磙子工作臺碰到限位開關 SQ4，端口 X4 接通，Y3 線圈接通，Y3 端口常閉變常開，Y5 不通電，實現磙子后退停止同時開始上升。7）當磙子工作臺上升碰到限位開關 SQ5，端口